DE10103835A1

DE10103835A1 - Solarsystem

Info

Publication number: DE10103835A1
Application number: DE10103835A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Loeser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie unter gleichzeitigem Einsatz von thermischen Kollektoren (1) und photovoltaischen Modulen (2) in Gestalt großflächig rahmenloser Elemente, die überlappungsfrei durch ein Dichtungsmittel (4) fugenlos in einer Ebene staubdicht mittels eines fixierenden Trägerprofils (5) verbunden sind. DOLLAR A Die thermischen Kollektoren (1) und photovoltaischen Module (2) befinden sich mit ihren Oberflächen zueinander in einem bestimmten Verhältnis und bilden in ihrer Anordnung ein gesamtflächiges Solarsystem (3) mit einem verbesserten technischen Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Solarenergie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie unter gleichzeitigem Einsatz thermischer Kollektoren und photovoltaischer Module in Gestalt flächiger Elemente als kombinierte Bestandteile auf Dachflächen und Fassaden von Gebäuden und sonstigen kommerziellen Einrichtungen.

Mit diesem Solarsystem ist vorgesehen, unter umweltfreundlichen Gesichtspunkten den Beitrag regenerativer Quellen zur Deckung des Energiebedarfs zu erhöhen.

Die Nutzbarmachung solarer Strahlung mittels Sonnenkollektoren und photoelektrischer Module erfolgt seit geraumer Zeit mit teilweise erheblichem Aufwand und recht unterschied lichen Ergebnissen.

Während bei Sonnenkollektoren Wärmeverluste zwischen Absorber und Umgebungsluft sowie Verluste durch Reflexion und Absorption an den Glasplatten auftreten, die bei einer senkrecht auftreffende Strahlung einen Wert von etwa 15% einnehmen, ist auch die so larelektrische Nutzung der Sonnenenergie infolge ihrer relativ niedrigen Energiedichte im günstigsten Falle mit maximal 1000 W/m² bisher wirtschaftlich begrenzt. Im Regelfalle sind jedoch die Verluste bei der Energieumsetzung in der Praxis höher.

So ist von der Schweizer Metallbau AG ("Photovoltaik in Gebäuden", Fraunhofer IRB Ver lag 2000) ein System entwickelt worden, welches erlaubt, sowohl thermische Kollektoren als auch photovoltaische Generatoren in Dächer als Kombination zu integrieren.

Dabei wird die Integrationsfläche völlig durch das System belegt. Ziegel sind lediglich zur zur Abdeckung der verbleibenden Dachfläche erforderlich. Allerdings wirkt sich der große Zwischenraum hinter den Modulen zum Zwecke der Hinterlüftung und der damit einhergehenden unerwünschten Wärmeabstrahlung als nachteilig aus. Des weiteren erfahren die Modulränder in ihrer Leistungsumsetzung Einschränkungen, da diese durch die erforder liche Abdeckung mittels Gummidichtung bedingt, zwangsläufig Aktivitätsverluste zeigen. Deshalb war man gehalten, auch zur Nutzung der Kapazität der Randflächen Zwischen räume zwischen dem Modulrand und der ersten Zelle einzurichten. Bei großflächigen So larsystemen führt dies jedoch neben Undichtheiten infolge verwitternder Dichtungsmate rialien zu einem zusätzlichen Platzbedarf.

In DE 41 20 943 A1 ist im Zusammenhang mit einer angestrebten Platzersparnis ein Solar kollektor für eine kombinierte Warmwasser- und Stromerzeugung beschrieben, der in üb licher Weise mit Gehäuse, Abdeckscheibe und Wärmeisolator ausgeführt, über einer ebenen Absorberoberplatte in Sandwichbauweise mit photovoltaischen Solarzellen be stückt ist.

Gleichermaßen wird in DE 195 34 582 A1 eine Kopplung von photoelektrischen Solarzellen mit solarthermischen Modulen erwähnt, bei welcher ebenfalls die beiden Solarzellenkollek toren in Sandwichbauweise in einem gemeinsamen luftevakuierten Modulgehäuse mecha nisch verbunden sind.

In DE 42 10 975 A1 wird auf einen Sonnenkollektor unter Verwendung einer Kombination von photovoltaischen und thermischen Kollektoren in Flachbauweise verwiesen, bei wel chem die Anordnung in Stapelbauweise und in Reihenschaltung dachziegelartig überein ander vorgesehen ist.

Darüberhinaus befassen sich auch Ausführungen in weiteren Schriften (DE 195 22 820 A1, DE 34 19 797 A1, DE 29 81 4206 U1, DE 39 23 821 A1, DE 42 06 931 A1, DE 198 16 294 A1 mit dem kombinierten Einsatz von solarthermischen und solarelektrischen Modulen. Bei allen diesen bisher angebotenen technischen Lösungen erweist sich jedoch gemein sam als nachteilig, daß sie entweder mit ihrer teilweise aufwandsintensiven und übereinan der angeordneten Elementebauweise, Leistungsverluste in Kauf nehmen oder Zugeständnisse bei den Platzverhältnissen einräumen müssen.

Es ist somit wünschenswert, diese Nachteile zu beseitigen und durch einen gemeinsamen integrierten Einsatz von solarthermischen und solarelektrischen Modulen eine effektive und weitgehend verlustlose Umsetzung von Sonnenenergie zu bewirken.

Die technische Aufgabenstellung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, Sonnen energie mit vertretbarem Aufwand gleichzeitig sowohl solarthermisch als auch solarelek trisch mit einem höheren technischen Wirkungsgrad und damit effektiver als bisher umzu setzen, indem flächige Elemente photovoltaischer Module in die thermischer Kollektoren auf bestimmte Weise integriert sind und bei vollständiger Nutzung ihrer Oberflächen mit einer weitgehenden Verringerung der herkömmlichen Leistungsverluste Anwendung finden. Bei konstanter Darbietung von Solarstrahlung wird damit eine vollständige Autarkie vom ex ternen Energienetz ohne Pufferung durch andere Systeme ermöglicht.

Darüberhinaus steht die durch solare Strahlung gewonnene Energie auch zu Zeiten nied rigerer Energiedichte in Verbindung mit Spezialspeichern abrufbereit zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Lösung wird dieser Aufgabenstellung dadurch gerecht, daß groß flächige rahmenlose Elemente thermischer Kollektoren zur Warmwassergewinnung und die photovoltaischer Module zur Stromversorgung des Betriebssystems auf geeignete Weise miteinander kombiniert sind.

Bei gleichzeitiger Minimierung der Anzahl der die großflächigen rahmenlosen Elemente miteinander in einer Ebene fugenlos und überlappungsfrei durch ein geeignetes Dichtungs mittel staubdicht fixierenden Trägerprofile sind die großflächigen rahmenlosen Elemente in vorbestimmter Dimensionierung in ihrer Oberflächengröße zueinander festgelegt. Die photovoltaischen Module fungieren dabei als Verbindungselemente zwischen den ther mischen Kollektoren und bilden damit ein gesamtflächiges Solarsystem.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Größe der Oberfläche der photovoltaischen Module zu der Oberfläche der thermischen Kollektoren im Verhältnis von 1 bis zu 8 gehalten ist. Besonders effektiv ist der Gesamtwirkungsgrad jedoch, wenn sich die Oberflächen größen der photovoltaischen Module zu denen der thermischen Kollektoren bei gesamtflä chiger Nutzung wie 1 zu 6 verhalten.

Das die thermischen Kollektoren und photovoltaischenischen Module staubdicht fixie rende Trägerprofil verfügt über mindestens sechs Abwinkelungen als Führungsleisten, von denen zwei zur Fassung der großflächigen rahmenlosen Elemente der photovolta ischen Module und die übrigen vier zur Positionierung der thermischen Kollektoren vor gesehen sind.

Vorstehende Ausführungen sollen anhand eines Ausführungsbeispieles mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf einen Ausschnitt eines gesamtflächigen Solarsystems mit thermischen Kollektoren und photoelektrischen Modulen

Fig. 2 Querschnitt des gesamtflächigen Solarsystems mit dem die Kollektoren und Module fixierenden Trägerprofil

In Fig. 1 ist in Draufsicht ein Ausschnitt eines gesamtflächigen Solarsystems 3 für eine Schrägbedachung dargestellt, bestehend aus den thermischen Kollektoren 1 und den pho tovoltaischen Modulen 2, die in einer Ebene überlappungsfrei gleichzeitig als integrierte Verbindungselemente 6 fungieren. Die thermischen Kollektoren 1 sind durch großflächige Elemente mit einer Flächengröße von 2 m² gebildet und besitzen ein Gewicht von je 38 kg sowie einen Flüssigkeitsinhalt von 1,2 l als Wärmeträger. Die photovoltaischen Module 2 sind jeweils zwischen zwei thermischen Kollektoren 1 als Verbindungselemente 6 mon tiert und gewährleisten die Stromversorgung des Betriebssystems. Die photovoltaischen Module 2 verhalten sich in ihrer Oberflächengröße zu der der thermischen Kollektoren 1 wie 1 zu 6. Das Gehäuse des gesamtflächigen Solarsystems 3 besteht aus einem wetter-, ultraviolettlicht- und leerlaufbeständigen Spezialrahmen und besitzt eine hochtransparente Gußglasabdeckung mit einer Belastbarkeit von bis zu 250 kg/m².

Fig. 2 zeigt den Querschnitt des gesamtflächigen Solarsystems 3 mit dem die thermi schen Kollektoren 1 und die photovoltaischen Module 2 staubdicht fixierenden Träger profil 5. Die fugenlose, staubdichte Fixierung der thermischen Kollektoren 1 und der pho tovoltaischen Module 2 durch das Trägerprofil 5 erfolgt anhand des Dichtungsmittels 4, einer 60 mm starken Spezial-Isolierung, welche extra hart verpreßt und mit einer Reflex schicht kaschiert ist.

Das Trägerprofil 5 besteht entweder aus einer Aluminium-Legierung oder glasfaserver stärktem Kunststoff, im vorliegenden Falle aus einer Aluminium-Legierung. Vorteilhafter weise sind jedoch auch Materialien aus Kupfer oder Titanzink-Legierungen einsetzbar. Das Trägerprofil 5 besitzt sechs Abwinkelungen 7, die als Führungsleisten 7a und 7b fungieren.

Zwei der Führungsleisten 7a dienen der Fassung der photovoltaischen Module 2 und die übrigen vier der Führungsleisten 7b positionieren die thermischen Kollektoren 1.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

thermische Kollektoren

2

photovoltaische Module

3

gesamtflächiges Solarsystem

4

Dichtungsmittel

5

fixierendes Trägerprofil

6

Verbindungselemente

7

Abwinkelungen

7

a Führungsleisten zur Fassung der photovoltaischen Module

7

b Führungsleisten zur Positionierung der thermischen Kollektoren

Claims

1. Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie unter gleichzeitigem Einsatz von thermi schen Kollektoren und photovoltaischen Modulen in Gestalt von flächigen Elementen dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Kollektoren (1) und photovoltaischen Mo dule (2) als großflächig rahmenlose Elemente überlappungsfrei durch ein Dichtungsmit tel (4) fugenlos in einer Ebene miteinander staubdicht mittels eines fixierenden Träger profils (5) verbunden und derart angeordnet sind, daß die photovoltaischen Module (2) als Verbindungselemente (6) in vorbestimmter Dimensionierung der Größe ihrer Ober fläche zu der der thermischen Kollektoren (1) mit diesen ein gesamtflächiges Solar system (3) bilden.

2. Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sich die vorbestimmte Dimensionierung der Größe der Oberfläche der photo voltaischen Module (2) zur Oberfläche der thermischen Kollektoren (1) wie 1 bis zu 8, vorzugsweise 1 zu 6 verhält.

3. Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das die staubdichte Verbindung der thermischen Kollektoren (1) mit den pho tovoltaischen Modulen (2) fixierende Trägerprofil (5) mindestens sechs Abwinkelun gen (7) als Führungsfeisten (7a, 7b) aufweist.

4. Solarsystem zur Nutzung von Sonnenenergie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß von den sechs Abwinkelungen (7) des die thermischen Kollektoren (1) und photovoltaischen Module (2) staubdicht fixierenden Trägerprofils (5) zwei der Führungs leisten (7a) zur Fassung der photovoltaischen Module (2) und vier der Führungslei sten (7b) zur Positionierung der thermischen Kollektoren (1) vorgesehen sind.